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低空经济发展与低空路网基础设施建设的效益和挑战

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中国科学院院刊 2024年第11期39卷 1966-1981页

作者：廖小罕徐晨晨叶虎平中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国民用航空局低空地理信息与航路重点实验室北京100101

低空空域是一种亟待充分开发的资源,低空经济是围绕低空空域开发、利用从而发展起来的新兴经济活动。无人机作为低空飞行活动的主体,其商业化、规模化、场景化的应用正促进低空经济的繁荣。低空路网是保障规模化无人机安全、高效运行的... 详细信息

低空空域是一种亟待充分开发的资源,低空经济是围绕低空空域开发、利用从而发展起来的新兴经济活动。无人机作为低空飞行活动的主体,其商业化、规模化、场景化的应用正促进低空经济的繁荣。低空路网是保障规模化无人机安全、高效运行的有效手段,也是低空交通的关键新型基础设施。历史表明,对交通基础设施的公共投资是一种有力促进经济发展的政策工具。因此,对低空路网基础设施的投资和建设也将促进低空经济的全面发展,带来极大的经济社会效益。针对当前低空经济科学定义和发展路线模糊等问题,文章尝试从地理学角度,提供一种通过构建低空路网基础设施及空域收益机制来释放低空经济发展潜力的技术方案。

关键词：低空经济低空路网低空基础设施空域收益

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城市空中交通及其新型基础设施低空公共航路研究综述

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航空学报 2023年第24期44卷 1-29页

作者：廖小罕屈文秋徐晨晨贺洪波王俊伟石伟博中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国民用航空局民航低空地理信息与航路重点实验室北京100101 中国科学院无人机应用与管控研究中心北京100101 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院区域生态过程与环境演变实验室武汉430074

新一代信息技术的突破再次催生了诸多对于在城市低空空域进行城市空中交通(UAM)商业化运输的关注。城市低空空域环境复杂,商业化场景下城市空中交通流量密度大,载运工具规格不统一。低空公共航路作为UAM的新型基础设施,是UAM进行精细化... 详细信息

新一代信息技术的突破再次催生了诸多对于在城市低空空域进行城市空中交通(UAM)商业化运输的关注。城市低空空域环境复杂,商业化场景下城市空中交通流量密度大,载运工具规格不统一。低空公共航路作为UAM的新型基础设施,是UAM进行精细化管理的重要手段。然而,UAM所需配备基础设施、运营与管控模式以及低空公共航路的规划方法等问题尚无统一定论。本文针对以上问题,梳理了UAM与低空公共航路的基本概念、发展历程以及基于低空公共航路的UAM管理等内容;提出了一种UAM运营管理框架,就相关行政部门在城市空中交通发展中可能承担的职责提出了建议和应对措施;最后,总结了低空共航路的构建方法,UAM发展过程中的难点及落实建议,以期对UAM产业健康有序发展有所裨益。

关键词：城市空中交通低空空域公共航路 eVTOL航空器管控与运营

无人机应用发展关键基础设施与低空公共航路网规划

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中国科学院院刊 2022年第7期37卷 977-988页

作者：廖小罕徐晨晨叶虎平谭翔房世峰黄耀欢林静中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院无人机应用与管控研究中心北京100101 中国民航局民航低空地理信息与航路重点实验室北京100101

当代无人机特点是数量众多、应用范围广、活跃频次高和用户众多。对于安全运行,高标准的无人机软硬件系统可靠性和鲁棒性至关重要。无人机运行高度依赖于新技术和外部高技术基础设施。其中,低空公共航路网(又称低空“天路”)是一种保障... 详细信息

当代无人机特点是数量众多、应用范围广、活跃频次高和用户众多。对于安全运行,高标准的无人机软硬件系统可靠性和鲁棒性至关重要。无人机运行高度依赖于新技术和外部高技术基础设施。其中,低空公共航路网(又称低空“天路”)是一种保障低空无人机安全和高效运行的关键新型基础设施。深入研究与推进低空“天路”为核心的无人机应用基础设施建设对于发展城市空中交通网、助力智慧交通发展非常有意义。文章在梳理无人机应用关键基础设施的基础上,进行了基于低空“天路”的新型基础设施建设的未来展望。

关键词：无人机应用基础设施低空公共航路网

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浅析低空地理学的特征及其对地理学的拓展

地理学报 2024年第3期79卷 551-564页

作者：廖小罕张捷黄耀欢中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国民航局民航低空地理信息与航路重点实验室北京100101 南京大学地理与海洋科学学院南京210008

地理学是一个由众多分支组成的学科体系,学科交叉是其学科特性。无人机应用的快速发展使得低空开发和低空经济进入地理学的研究视野,并在地理学研究实践中与其他学科产生了大量的交叉融合。近年来,社会经济发展需求推动了地理学将低空... 详细信息

地理学是一个由众多分支组成的学科体系,学科交叉是其学科特性。无人机应用的快速发展使得低空开发和低空经济进入地理学的研究视野,并在地理学研究实践中与其他学科产生了大量的交叉融合。近年来,社会经济发展需求推动了地理学将低空纳入其研究对象体系中,拓展了地理学的研究内容。这是一项需求牵引、充满挑战、艰巨而又全新的工作。本文认为低空是一个复杂巨系统,作为地理学的研究对象从理论上具有综合性和区域性两大地理学特征,具备采用地理学理论和方法进行低空研究的科学基础和依据。应用地理学进行低空研究的发展趋势是与航空学、信息地理学、自然地理学和人文地理学等学科的深度交叉、渗透、融合。在分析低空研究与上述学科关系的基础上,本文尝试性地提出未来地理学视角下低空研究体系的初步布局。本文抛砖引玉,期望在一定程度上推动地理学界同仁进一步关注低空开发和低空经济发展,促进地理学在新时期发展,满足实践需求,形成新的学术增长点。

关键词：地理科学低空无人机学科交叉低空地理学

CNN影像输入尺寸和分辨率对川西针叶林植被分类精度的影响

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遥感学报 2023年第11期27卷 2640-2652页

作者：石伟博廖小罕王绍强岳焕印王东亮中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院区域生态过程与环境演变实验室武汉430074 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院无人机应用与管控研究中心北京100101 中国民航局低空地理信息与航路重点实验室北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

川西亚高山针叶林位于中国西南地区,受多云、多雨、多雾的影响,难以通过卫星影像进行植被分类的研究。为了解决这一难题,本研究选取川西亚高山针叶林的典型区域王朗自然保护区作为研究区,使用多旋翼无人机获取研究区域北部高分辨率RGB影... 详细信息

川西亚高山针叶林位于中国西南地区,受多云、多雨、多雾的影响,难以通过卫星影像进行植被分类的研究。为了解决这一难题,本研究选取川西亚高山针叶林的典型区域王朗自然保护区作为研究区,使用多旋翼无人机获取研究区域北部高分辨率RGB影像,结合卷积神经网络进行植被分类;为进一步挖掘卷积神经网络在无人机遥感影像上的潜力,选择语义分割方法(U-Net)进行分类,并根据不同分辨率的无人机影像和不同尺寸下的样本集构建植被分类模型,建立森林指纹库。结果表明:(1)结合无人机可见光影像和CNN模型进行分类能够获得高精度分类结果。在空间分辨率为5 cm,尺寸为256×256像素的情况下达到最优,总体精度为93.21%,Kappa系数为0.90;(2)选择合适的尺寸大小能够提高模型的分类精度。在5 cm的空间分辨率下,尺寸为128×128像素的模型总体精度为82.30%,Kappa系数为0.76;尺寸为256×256像素的模型总体精度为93.21%,Kappa系数为0.90;(3)超高空间分辨率的升高对模型精度的提升是有限的。当空间分辨率从10 cm升到5 cm时,模型的总体精度提高了0.02,Kappa系数提高了0.03,模型的分类精度并没有明显提升。(4)对于区域内代表性不足的植被类型来说,受空间分辨率和尺寸大小的影响要远高于区域内优势树种,特别是空间分辨率的影响最大。在20 cm的空间分辨率下落叶灌木的生产者精度和用户精度均低于70%。综上,利用无人机高分辨率RGB影像结合CNN模型对川西亚高山针叶林的植被分类能够取得高精度分类结果,本研究可为该区域植被分类提供一种自动、准确的方法。

关键词：无人机RGB影像卷积神经网络川西亚高山针叶林植被分类输入尺寸空间分辨率

基于高分辨率模式的京津冀地区无人机航路风向风速模拟分析

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地理科学进展 2021年第9期40卷 1528-1539页

作者：钟若嵋文小航徐晨晨成都信息工程大学四川省高原大气与环境重点实验室成都610200 中国科学院地理科学与资源研究所资源环境与地理信息国家重点实验室北京100101 中国科学院无人机应用与管控研究中心北京100101 天津中科无人机应用研究院天津301800

随着中国低空空域的陆续开放,依靠现有的低空飞行气象保障技术为低空安全飞行提供服务略有不足,对飞行影响最大的风进行预报也有一定的困难。论文基于WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度数值模式,对2015—2019年京津冀... 详细信息

随着中国低空空域的陆续开放,依靠现有的低空飞行气象保障技术为低空安全飞行提供服务略有不足,对飞行影响最大的风进行预报也有一定的困难。论文基于WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度数值模式,对2015—2019年京津冀地区的风速风向进行模拟,并将模拟结果与气象站观测数据进行对比分析,可为该地区无人机低空航路飞行安全提供保障。结果表明:WRF模式能够较好地模拟风速的季节变化趋势,平原地区的模拟效果优于山区,山区模拟的风速偏大,但误差在可接受的范围内(RMSE<1.5 m·s^(-1))。平均风速、最大风速最小值均出现在夏末,平均风速最大值出现在春季(山区4.43 m·s^(-1)、平原4.13 m·s^(-1));最大风速在冬、春、夏初呈波动递增,夏季中旬开始减少,夏末秋初降至最小。京津冀地区风速呈西北向东南递减,泊头站(-0.02 m·s^(-1)·(5 a)^(-1))和天津站(-0.02 m·s^(-1)·(5 a)^(-1))平均风速呈下降趋势,其余站点风速呈上升趋势,唐山站上升率最大(0.08 m·s^(-1)·(5 a)^(-1));在风速季节空间分布中,平均风速以上升趋势为主,站点所占比例为春季45.45%、夏季90.91%、秋季63.63%、冬季81.81%。平原地区盛行风呈东北—西南向;山区站点怀来站风向以WNW(18.70%)和W(15.01%)为主,蔚县站风向以N(16.79%)和NNW(12.03%)为主,相较于平原地区,山地地区风速8.0 m·s^(-1)的大风数量显著上升。1000 m高度的平原地区大风出现频率显著增加,增长速度高于山地地区,不利于无人机飞行,风速17.0 m·s^(-1)以上出现的概率明显高于山地地区。

关键词：无人机低空航路 WRF模式风速风向京津冀

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UAV低空航测技术研究

测绘科学 2011年第1期36卷 5-9页

作者：林宗坚中国测绘科学研究院地理空间信息国家测绘局重点实验室北京100039

本文阐述无人飞行器(UAV)低空航测系统不同于普通航空摄影测量的技术特点,具体包括任务目标、飞行平台性能、成像传感器系统组成结构、数据处理的特殊技术等方面,尤其着重阐述了专门针对低空轻小型无人飞行器研制的具有自检校自稳定功... 详细信息

本文阐述无人飞行器(UAV)低空航测系统不同于普通航空摄影测量的技术特点,具体包括任务目标、飞行平台性能、成像传感器系统组成结构、数据处理的特殊技术等方面,尤其着重阐述了专门针对低空轻小型无人飞行器研制的具有自检校自稳定功能的组合宽角数码相机的设计原理。

关键词： UAV 低空航测组合宽角相机自检校 MAP—AT

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导航设备服务中断对信号覆盖影响的量化评估

信号处理 2021年第5期37卷 796-803页

作者：焦卫东刘芳芳中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

为预判民航导航设备在特定位置或时间达不到运行要求时,对信号覆盖造成的影响,以航路、扇区覆盖为例,设计并实现一套导航台站查询与信号覆盖评估系统。首先综合考虑视距传播、基站天线辐射距离、视线截止距离等因素得到信号覆盖范围;然... 详细信息

为预判民航导航设备在特定位置或时间达不到运行要求时,对信号覆盖造成的影响,以航路、扇区覆盖为例,设计并实现一套导航台站查询与信号覆盖评估系统。首先综合考虑视距传播、基站天线辐射距离、视线截止距离等因素得到信号覆盖范围;然后基于射线法和二分法等建立设备信号覆盖范围变化的量化评估算法,包括距离量算和面积量算;最后,对设备失效前后航路、扇区的信号覆盖变化情况包括覆盖距离和面积变化等进行量化评估,并基于三维地理信息系统实现场景仿真,将覆盖变化情况三维可视化,生成评估报告,为设备故障应急处置和运行安全提供必要的数据支撑。

关键词：信号覆盖设备失效量化评估三维地理信息系统

基于北斗技术的无人机飞行监管系统开发与应用

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国土资源遥感 2018年第2期30卷 238-242页

作者：任丽艳李英成薛艳丽丁晓波吴豪航空遥感技术国家测绘地理信息局重点实验室北京100039 中测新图(北京)遥感技术有限责任公司北京100039 中国测绘科学研究院北京100039

利用北斗导航技术监管无人机飞行作业是无人机飞行监管系统研发的一种全新发展模式。全面介绍了最新研发的低空轻小型无人机飞行监管系统的研发思路、开发环境和功能构成,详细研究了无人机资源与任务注册、北斗飞行诸元接收、无人机飞... 详细信息

利用北斗导航技术监管无人机飞行作业是无人机飞行监管系统研发的一种全新发展模式。全面介绍了最新研发的低空轻小型无人机飞行监管系统的研发思路、开发环境和功能构成,详细研究了无人机资源与任务注册、北斗飞行诸元接收、无人机飞行监管与告警、资源规划配置等系统关键技术。通过全国多地区的测试应用,验证了该系统数据传输可靠,监管功能稳定,可视化效果良好。

关键词：北斗导航技术无人机飞行监管三维可视化